ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2014, том 54, № 5, с. 658-669
УДК 550.388
ЭФФЕКТЫ ЧЕЛЯБИНСКОГО МЕТЕОРОИДА В ГЕОМАГНИТНОМ ПОЛЕ
© 2014 г. Л. Ф. Черногор
Учреждение МОН Украины Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, г. Харьков, Украина
e-mail: Leonid.F.Chernogor@univer.kharkov.ua Поступила в редакцию 20.10.2013 г.
После доработки 16.04.2014 г.
Проведен анализ временных вариаций компонент геомагнитного поля в день падения метеорита "Челябинск" (15 февраля 2013 г.) и в контрольные дни (12 и 16 февраля 2013 г.). Для анализа выбраны магнитные обсерватории в г. Новосибирск, Алма-Ата, Киев и Львов. Расстояние R от места взрыва до обсерватории изменялось в пределах 1.2—2.7 тыс. км. Оказалось, что пролет и взрыв Челябинского космического тела сопровождались вариациями, в основном, горизонтальной компоненты геомагнитного поля. Вариации носили квазипериодический характер с периодом 30—40 мин, амплитудой 0.5—2 нТл для R а2.7—1.2 тыс. км соответственно и продолжительностью 2—3 ч. Горизонтальная скорость распространения волновых возмущений геомагнитного поля была близка к 260—370 м/с. Предложена теоретическая модель волновых возмущений. Согласно модели, волновые возмущения геомагнитного поля вызваны движением гравитационной волны, сгенерированной в атмосфере падающим космическим телом, и возникшими перемещающимися ионосферными возмущениями, которые модулировали ионосферный ток на высотах динамо-области. Расчетные значения амплитуд волновых возмущений составляли 0.6—1.8 нТл для R а2.7—1.2 тыс. км соответственно. Результаты наблюдений и оценок хорошо согласуются между собой. Возмущения уровня геомагнитного поля (геомагнитных пульсаций) в диапазоне периодов 1—1000 с оказались незначительным (менее 1 нТл).
DOI: 10.7868/S0016794014050034
1. ВВЕДЕНИЕ
Существование магнитного эффекта метеоров было предсказано еще в середине ХХ в. (см., например, [Астапович, 1958]). Первые наблюдения этого эффекта описаны автором работ [Калашников, 1949; 1952]. Механизмы магнитного эффекта крупных космических тел (с диаметром более 1— 10 м) существенно отличается от механизмов возмущений геомагнитного поля, вызванного мелкими метеорами. Это связано с тем, что падение крупных метеороидов (малых астероидов) сопровождается генерацией ударной волны и, как правило, взрывом космического тела на относительно небольших высотах (~5—30 км) [Катастрофические ..., 2005, Кручиненко, 2012; Черногор, 2012]. Мелкие метеоры, сгорая в метеорной зоне (высоты 80—120 км), не способны генерировать ударные волны. Кроме того, падение достаточно крупных космических тел приводит к выбросу на высоты в сотни километров нагретой высокоскоростной (скорость ~1—10 км/с) струи плазмы, называемой плюмом (например, [Катастрофические . , 2005; Ковалев и др., 2006]).
К значительному возмущению геомагнитного поля привело падение Тунгусского тела. Величина возмущения поля на расстоянии около 1000 км от места взрыва достигала 67 нТл, а продолжительность магнитного эффекта составляла около
3-4 ч (например, [Иванов, 1961а; 1961б; 1962; 1964; Катастрофические ..., 2005]).
Предложен ряд возможных механизмов, ответственных за магнитный эффект крупных космических тел (см., например, [Иванов, 1961б; Ид-лис, 1961; Обашев, 1961; Иванов, 1962; Ковалевский, 1962; 1963; Иванов, 1964; Золотов, 1969; Гольдин, 1986; Бронштэн, 2000; Бронштэн, 2002; Иванов, 2002]). Некоторые из них представляют только исторический интерес [Идлис, 1961; Обашев, 1961; Ковалевский, 1962; 1963; Золотов, 1969]. Назовем механизмы, не потерявшие своей актуальности: возмущение системы ионосферных токов [Иванов, 1961б; 1962; 1964; 2002], образование ди-польного момента в вытянутом плазменном следе [Бронштэн, 2002], диамагнитное возмущение, вызванное ударной волной [Обашев, 1961; Бронштэн, 2002] и магнитогидродинамический эффект плюма [Катастрофические ... 2005; Ковалев и др., 2006]. Все эти механизмы могут вносить свой вклад в магнитный эффект крупных космических тел. Каждый из механизмов способен привести к возмущению геомагнитного поля со своими пространственно-временными масштабами. К сожалению, до настоящего времени нет единого мнения о главном механизме, приводящем к генерации геомагнитного возмущения крупным космическим телом, строгой теории этого механизма. Это связано прежде всего с отсутствием наблюдательных дан-
ных. Фактически мы располагаем лишь одним измерением геомагнитного эффекта столетней давности, вызванного падением Тунгусского тела. Подобные метеороиды вторгаются в атмосферу Земли один раз в 300—1000 лет. Значительно чаще вторгаются метеороиды метрового масштаба. Ярким примером такого космического тела было падение Витимского болида, вызвавшего геомагнитный эффект [Черногор, 2011; 2012]. Метеороиды размером 10—20 м сталкиваются с нашей планетой один раз в 10—100 лет соответственно [Brown et al., 2002; Черногор, 2012]. Таким метеороидом было Челябинское космическое тело. Представляет интерес всестороннее изучение магнитного эффекта, вызванного падением Челябинского метеороида.
Целью настоящей работы является изложение результатов магнетометрических наблюдений возмущений геомагнитного поля, последовавших за пролетом и взрывом Челябинского метеороида.
2. СРЕДСТВА И МЕТОДЫ 2.1. Сеть магнитометров
Для анализа временных вариаций привлекались данные сети магнетометров "Intermagnet" на станциях Новосибирск, Алма-Ата, Киев и Львов. Временное разрешение — 1 мин, минимальное значение уровня флуктуаций компонент геомагнитного поля — около 0.1 нТл. Анализу подлежали регистрации, полученные 12—18 февраля 2013 г. В работе описаны вариации уровня горизонтальной компоненты компоненты), которая сильнее всего изменялась после пролета Челябинского ме-теороида, в интервале времени 00:00—12:00 UT (здесь и далее используется всемирное время).
2.2. Магнитометр (флюксметр)
Основой магнитометрического комплекса, расположенного в Харьковской области, с. Грако-во, Украина (географические координаты: 49.65° N, 36.9° E), является индуктивный магнитометр-флюксметр ИМ-II разработки ОКБ Института физики Земли (ИФЗ) РАН. Он обладает высокой чувствительностью (0.5—500 нТл в диапазоне периодов 1—1000 с соответственно) и достаточно широкой полосой исследуемых частот (от 0.001 до 1 Гц) [Черногор и др., 2013]. Магнитометр ИМ-II подключен к специализированному микроконтроллерному регистратору, который производит оцифровку и предварительную фильтрацию на интервалах 0.5 с магнитометрических сигналов, а также сохранение отфильтрованных отсчетов и времени их получения в USB флэш-памяти. Информация о текущих дате и времени, получаемая от входящего в состав комплекса приемника GPS сигналов BR-304, используется для ежесуточной коррекции собственных энергонезависимых (имеющих независимое батарейное питание) ча-
сов микроконтроллерного регистратора. Благодаря этому погрешность временной привязки магнитометрических данных не превышает нескольких десятых долей секунды.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ 3.1. Эффекты в главном магнитном поле
Приведем результаты наблюдений за вариациями геомагнитного поля, зарегистрированных сетью магнитометров. Поскольку 13 и 14 февраля 2013 г. имело место возмущение геомагнитного поля, вызванное усилением солнечной активности, эти дни не могли использоваться в качестве контрольных дней. В качестве таковых использовались дни 12 и 16 февраля 2013 г.
Станция Новосибирск. 12 и 16 февраля 2013 г. временные вариации Н-компоненты главного магнитного поля Земли в интервале времени были примерно одинаковыми (рис. 1). С 00:00 до 02:00 имело место незначительное увеличение уровня Н-компоненты, с 02:00 до 06:00—08:00 наблюдалось ее уменьшение примерно на 5—10 нТл, далее регистрировалось увеличение уровня на 510 нТл. В интервале времени 10:00—12:00 вариации уровня геомагнитного поля были выражены слабо.
Описанные выше вариации были типичными для утреннего и дневного времени суток. 15 февраля 2013 г. примерно до 04:30 иТ вариации Н-ком-поненты были примерно такими же, как и в контрольные дни. После 04:30—04:40 иТ возникло квазипериодическое колебание с амплитудой 1.5—2.0 нТл, периодом Т ~ 30—40 мин и продолжительностью АТ ~ 2.5 ч (рис. 2). Примерно такие же колебания наблюдались и в уровнях ^-компо-ненты и модуля вектора индукции геомагнитного поля F. В контрольные дни такие колебания в уровнях ^-компоненты и модуля F отсутствовали.
Станция Алма-Ата. Временные вариации уровня Н-компоненты геомагнитного поля 12 и 16 февраля были примерно одинаковыми (рис. 2). С 00:00 до 01:00—02:00 иТ наблюдалось уменьшение уровня с 4 до 0 нТл, далее в течение примерно 2 ч отмечался его рост от 0 до 4—5 нТл. Примерно до 05:00—05:30 иТ уровень оставался неизменным, далее регистрировалось его уменьшение от 5 до -(8-10) нТл. После 09:00-09:30 иТ уровень Н-компоненты опять увеличивался на 5-10 нТл.
В день падения Челябинского метеорита поведение Н(1) было другим. Примерно в 04:45-05:00 иТ возник квазипериодический процесс с периодом около 30 мин и изменяющейся амплитудой 0.51.5 нТл, а затем 1.5-0.5 нТл. Длительность процесса была около 3 ч.
Вариации параметров D, Z и F геомагнитного поля 12, 15 и 16 февраля отличались незначительно.
10
5
л
н
я 0
¡Ц
-5
10
10
5
л
н
я 0
¡Ц
-5
10
10
5
л 0
н
я
-5
10
15
Новосибирск
12 февраля 2013 г.
1 1 У 1 1
_ 15 февраля 2013 г. /А
| 1111
00 02 04 06 08 10 иТ
Рис. 1. Временные вариации уровня горизонтальной компоненты геомагнитного поля на станции Новосибирск.
Алма-Ата
10
5
л
н
я 0
-5
10
10
5
£ 0
я
-5
10
15
10
5
л
н 0
я
¡Ц
-5
10
12 февраля 2013 г. -—.
V
-V
V
15 февраля 2013 г
V
Ч^Ч.
00 02 04 06 08 10 иТ
Рис. 2. Временные вариации уровня горизонтальной компоненты геомагнитного поля на станции Алма-Ата.
10
5
л
Т
Я 0
¡Ц
—5
10
10
5
л
Т
я 0
¡Ц
—5
10
10
5
л
Т
я 0
¡Ц
—5
10
Киев
12 февраля 2013 г.
/V
15 февраля 2013 г.
л
'Ч/
00 02 04 06 08 10 ит
Рис. 3. Временные вариации уровня горизонтальной компоненты геомагнитного п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.